一種石墨烯改性銅合金納米材料及其制備方法
【技術領域】
[0001 ]本發明具體涉及一種石墨稀改性銅合金納米材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]為了獲得導電與導熱性能好、強度高且耐磨性能優的銅或銅合金，國內外科學界與產業界開展了廣泛的研究，并已開發出:(I)銅鉻鋯、銅鎳硅、銅鐵磷等高強高導合金；(2)錳黃銅、鋁黃銅、鋁青銅等高強、耐磨合金；(3)銅-鎢復合材料、銅-碳復合材料等導電、耐磨材料。近年來，隨著工業應用與科學技術的快速發展，對銅及銅合金材料的性能提出了更多更A:功能材料利用銅或銅合金的導電、導熱等性能B:結構材料利用銅或銅合金的力學性能C:耐磨材料利用銅或銅合金的耐摩擦與磨損性能高的要求，以適應更加復雜的使用環境和工況。現代工業的各應用領域對銅及銅合金材料的強度、耐磨、導電、導熱等性能提出了更高的要求，研發一種高強、高導電、高導熱、耐磨性能優的銅或銅合金材料已迫在眉睫。
[0003]石墨烯是碳原子以sP2雜化連接的單原子層構成的新型二維原子晶體(單層厚度為0.335納米)，其價帶與導帶在費米能級相交，表現出半導體的性質而且能隙為零，載流子在費米能級處呈現出一種線性的色散關系，具有奇特的性質:強度達130GPa、熱導率高達5150J/(m.K)、載流子迀移率達到1.5X104cm2.V-1.s_l、透明度約97.7%、比表面積理論值為2630m2/g，楊氏模量約為llOOGPa，斷裂強度約為125GPa。石墨烯在電子信息、新能源、新材料、航空航天、國防軍工和生物醫藥等眾多領域具有廣闊的應用前景，有望帶來一系列革命性的技術進步。因此自2004年發現以來，就引發了全世界的研究熱潮。2006年Rouff研究組在《Nature》上首次報道了石墨稀/聚合物復合材料;2008年Kai等進行了在PCL基體中加入氧化石墨烯增強體的研究工作;2011年哈工大王黎東等科研學者對少層石墨烯增強銅基復合材料進行了系列研究;美國軍隊軍備研發和工程中心也曾開發出一種石墨烯金屬納米材料;2013年韓國科學技術院的研究人員創造出金屬和石墨稀的多層結構;2014年中航工業航材院的燕紹九等科研人員發明了新型高端合金材料一“烯合金”。近十年來，在全球科學家與工程技術人員的努力下，從石墨烯制備到應用的各個領域都取得了重大的技術進步，以石墨烯材料為基礎的各應用產業也取得了一些突破。
[0004]然而，目前國際上關于石墨烯-金屬復合材料研究及應用的報道仍然較少，這方面仍處于起步階段，需深入的開展研究工作。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是提供一種具有高導熱、高導電、高耐磨、高強度的優點，應用領域廣泛的石墨烯改性銅合金納米材料及其制備方法。
[0006]為解決上述問題，本發明采用如下技術方案:
[0007]—種石墨稀改性銅合金納米材料，按重量份計由以下成分組成:包括石墨稀100-200份、氧化銅20-50份、碳粉24-36份、鎢粉11-19份、改性聚乙烯醇14-26份、納米碳纖維18-32份、聚丙烯晴17-35份、有機溶液150-250份、鐵粉20-40份、納米銅粉50-100份和納米硅粉20-40份。
[0008]本發明要解決的另一技術問題為提供一種石墨稀改性銅合金納米材料的制備方法，包括以下步驟:
[0009]I)制備石墨稀:通過插層-膨脹-剝離法可控制備石墨稀100-200份，調節插層反應的各技術參數，實現對石墨烯層數的控制，制得石墨烯；
[0010]2)石墨烯表面改性:取碳粉24-36份、鎢粉11-19份、改性聚乙烯醇14-26份、納米碳纖維18-32份、聚丙烯晴17-35份、有機溶液150-250份、鐵粉20-40份和納米硅粉20-40份對石墨稀表面進彳丁修飾和造孔；
[0011 ] 3)銅-石墨烯粉制備:將氧化銅20-50份與石墨烯混合，并通過研磨機將其研磨成粉末，隨后通過過濾篩選的方式制得超純細的粉末；
[0012]4)SPS燒結:通過脈沖電源輸出強脈沖電流直接作用于銅-石墨烯粉，固相燒結使其產生化合物層或固溶層，并相互結合在一起，合成石墨烯改性銅合金納米材料；
[0013]5)混粉-熱壓燒結:將納米銅粉50-100份與石墨烯混合均勻，并使得石墨烯在石墨烯改性銅合金奈米材料重均勻分布，通過熱壓燒結工裝，制得大尺寸的銅-石墨烯復合材料的錠坯；
[0014]6)加工及退火:通過熱乳機、粗乳機、中乳機及精乳機加工石墨烯改性銅合金納米材料的板帶材，采用充惰性氣體保護的氣墊式退火爐進行熱處理、采用水封式高精確控制擠壓機制備石墨烯改性銅合金納米材料的棒、線材，采用小加工率、多道次加工工藝盡量避免石墨稀改性銅合金納米材料在壓力加工過程中石墨稀的分布形態發生改變。
[0015]本發明的有益效果是:通過非氧化還原的插層剝離技術、快速放電等離子燒結技術、調控SPS燒結工藝參數和高精度控制的加工及退火設備制備，能夠制備出具有高導熱、高導電、高耐磨、高強度的優點，應用領域廣泛的石墨烯改性銅合金納米材料。
【具體實施方式】
[0016]實驗例I
[0017]—種石墨烯改性銅合金納米材料的制備方法，包括以下步驟:
[0018]I)制備石墨稀:通過插層-膨脹-剝離法可控制備石墨稀100份，調節插層反應的各技術參數，實現對石墨烯層數的控制，制得石墨烯；
[0019]2)石墨烯表面改性:取碳粉24份、鎢粉11份、改性聚乙烯醇14份、納米碳纖維18份、聚丙烯晴17份、有機溶液150份、鐵粉20份和納米硅粉20份對石墨烯表面進行修飾和造孔；
[0020]3)銅-石墨烯粉制備:將氧化銅20份與石墨烯混合，并通過研磨機將其研磨成粉末，隨后通過過濾篩選的方式制得超純細的粉末；
[0021]4)SPS燒結:通過脈沖電源輸出強脈沖電流直接作用于銅-石墨烯粉，固相燒結使其產生化合物層或固溶層，并相互結合在一起，合成石墨烯改性銅合金納米材料；
[0022]5)混粉-熱壓燒結:將納米銅粉50份與石墨烯混合均勻，并使得石墨烯在石墨烯改性銅合金奈米材料重均勻分布，通過熱壓燒結工裝，制得大尺寸的銅-石墨烯復合材料的錠坯；
[0023]6)加工及退火:通過熱乳機、粗乳機、中乳機及精乳機加工石墨烯改性銅合金納米材料的板帶材，采用充惰性氣體保護的氣墊式退火爐進行熱處理、采用水封式高精確控制擠壓機制備石墨烯改性銅合金納米材料的棒、線材，采用小加工率、多道次